數字化建造項目中BIM技術的實施策略及面臨的挑戰

蔡加強 姚阿娜

（泉州輕工職業學院， 福建 泉州 362200）

0 引言

隨著科技的不斷發展，數字化建造已經成為建筑業發展的重要趨勢之一。建筑信息模型（BIM）作為數字化建造的核心技術之一，正在逐漸被廣泛應用于建筑行業的各個方面。BIM技術數字化建造過程中的應用可以實現設計優化、施工管理和項目交付的全過程數字化管理，對于提高設計和施工的效率和質量、提高交付準確性和效率、為運維管理提供便利具有重要意義?；诖?，筆者結合前人研究成果，分析建筑信息模型（BIM）技術在數字化建造項目中的實施策略、面臨的挑戰，并對挑戰提出解決方案。

1 BIM技術在數字化建造項目中的應用情況

1.1 設計階段

在設計階段，BIM技術被用于創建建筑模型，從而提供了更具真實性和可視化的設計效果。設計團隊可以通過BIM模型進行空間規劃、材料選擇、碰撞檢測和性能分析等。

1.2 施工階段

在施工階段，BIM技術的應用可以幫助實現施工過程的協調和優化。建筑模型可以用于生成施工圖紙、物料清單和工程進度計劃等，減少錯誤和重復工作的發生。BIM技術還可以實現施工過程的可視化和仿真，幫助施工團隊預測和解決潛在的問題。

1.3 運維階段

在運營和維護階段，BIM技術提供了一個集成的平臺，用于管理建筑設備和制定維修計劃。建筑模型可以與設備數據庫和維護記錄進行連接，實現設備管理的自動化和數據驅動決策。此外，BIM技術還可以用于能源管理和可持續性評估，幫助建筑運營者降低能耗和環境影響。

1.4 不足之處

盡管BIM技術在設計階段提供了更加直觀和接近實際的模型，但在實際施工和運營階段，BIM模型與實際建筑之間數據的一致性和精確性仍然存在誤差。模型中的數據可能與實際施工中使用的材料、設備和尺寸等存在差異，這可能導致施工沖突和運營風險。其次，目前的BIM技術主要集中在建筑的設計和施工階段，對于建筑的整個生命周期管理還存在較多不足。例如，在運營和維護階段，如何將BIM技術與建筑設備的監測和維修系統集成，以實現實時監測和預測、維修的自動化，仍然需要進一步的研究。

2 BIM技術在數字化建造項目中的實施策略

2.1 應用BIM技術的關鍵步驟和要素

首先，確定項目目標和要求，定義項目的成本控制目標，確定項目的范圍、預算和時間計劃，明確項目的約束和限制條件[1]。項目實施目標及相關條件如表1所示。

表1 項目實施目標及相關條件

其次，收集并整合項目相關的設計、施工和運營數據，如圖紙、模型、材料信息等。使用BIM軟件創建三維模型，將數據與模型關聯起來，形成全面的項目信息模型，如圖1所示。

圖1 項目信息模型

之后，進行成本估算與預測，基于BIM模型中的構件和材料信息，進行成本估算和預測。利用BIM軟件提供的成本計算工具，根據材料價格、施工方法等因素，計算每個工程分項的成本，并預測整體項目成本，如表2所示。

表2 每個分項目的成本

最后，制定成本控制策略，基于成本估算和預測結果，制定相應的成本控制策略和計劃，確定成本控制的關鍵指標和閾值，并設定變動范圍和調整機制，如表3所示。

表3 關鍵指標與閾值

2.2 集成BIM技術與數字化建造項目的方法

首先，基于BIM 技術建立單方集成模型，將建筑設計、施工和運營等各個階段的信息整合到一個統一的模型中。在模型中，包含各構件的幾何信息、材料屬性、工程量數據和單位造價等相關信息。利用BIM軟件和參數化建模技術，建立相應的數學模型，通過公式和算法實現成本的計算和分析。例如，成本的計算可以采用如下公式：成本=施工數量×單位造價，其中，施工數量可以根據模型中的構件數量和尺寸信息獲取，單位造價可以根據材料價格、人工費用等確定。

其次，構建多方集成模型，在多方集成模型中，將設計團隊、施工團隊、供應商和業主等不同方的信息進行集成和共享。利用BIM協同平臺和IFC協議，實現多方之間的協作和數據交換。將各方的成本數據與其他項目數據（如進度、質量）進行關聯和集成，形成綜合的信息模型。在多方集成模型中，可以通過公式和算法實現綜合的成本分析和決策支持。例如，可以計算綜合成本效益：綜合成本效益=成本∕（進度×質量），其中，成本是整體項目的成本，進度和質量分別是項目進度和質量的評估指標。

3 BIM技術在數字化建造項目中應用面臨的挑戰

BIM技術在數字化建造項目中實施，面臨技術、組織、法律與合規性的挑戰。

3.1 技術挑戰：軟件和硬件要求，數據整合與共享

BIM軟件通常需要強大的計算能力和較大內存支持，以處理復雜的建筑模型和大量的數據。同時，涉及大量的建筑數據，包括設計數據、施工數據、設備數據等。這些數據往往來自于不同的來源和格式，如CAD軟件、傳感器、掃描儀等。因此，項目團隊需要解決數據整合的問題，確保不同數據源之間的無縫集成和共享。

3.2 組織挑戰：團隊協作與溝通，文化變革

數字化建造項目通常涉及多個參與者，包括建筑師、工程師、承包商、供應商等。這些參與者需要在項目的不同階段進行緊密的協作和溝通，共享信息、解決問題、做出決策等。然而，不同參與者之間可能存在溝通障礙、信息共享不暢等問題，影響項目實施過程中的協調和效率。文化變革涉及到組織結構、角色定義、工作流程等方面的調整。

3.3 法律與合規性挑戰：知識產權與責任問題

在數字化建造項目中，BIM模型和相關數據涉及到多個參與者的知識產權。設計師、工程師、承包商等各方可能對其所創建的BIM模型和數據擁有知識產權。同時，涉及到多個參與者之間的協作和合作。然而，如果BIM模型或相關數據中存在錯誤或缺陷，可能會對項目的設計、施工和運營產生不良影響。

4 對挑戰的解決方案

4.1 技術解決方案：更新軟件和硬件設施，數據管理與集成平臺

項目團隊應考慮使用高性能的硬件設備，如算力高的計算機、高容量的存儲設備等，以滿足數字化建造項目對資源的需求。選擇最新版本的BIM軟件和工具，確保能夠使用最新的功能和性能優化。采用適當的數據管理系統和集成平臺，可以有效整合和管理數字化建造項目中的各種數據。這些平臺提供了統一的數據存儲、共享和訪問方式，促進不同參與者之間的協作和數據交換。數據管理與集成平臺還應具備數據驗證、規范化和清理的功能，通過虛擬現實（VR）和增強現實（AR）等技術，可以將BIM模型以更直觀、沉浸的方式呈現出來，幫助團隊成員更好地理解和分析建筑模型[2]。

4.2 組織解決方案：培訓和教育，跨部門協作與溝通

為團隊成員提供系統的BIM培訓和教育，包括BIM工具和軟件的使用培訓，BIM流程和工作流程的培訓，以及BIM協作和協同工作的培訓，使團隊成員能夠掌握最新的BIM 技術，增強其在數字化建造領域的技術能力。建立跨部門的協作機制和溝通渠道，促進不同部門之間的有效溝通和協同工作，設立定期的跨部門會議和工作坊，以促進信息共享、問題討論和決策制定，使用協作平臺和工具，如項目管理軟件、在線協作平臺等，實現實時的跨部門協作和信息共享。推動組織文化的變革，營造積極支持BIM實施的氛圍，設立專門的BIM團隊或BIM協調員，負責協調和推動數字化建造項目中的BIM實施工作，減少信息孤島的出現。

4.3 法律與合規性解決方案：法律框架和合同管理，風險管理

確定適用的法律和法規，建立相應的法律框架，明確各方在BIM實施中的權利、責任和義務。著重制定和審查合同條款，明確知識產權、責任分擔、風險分配等關鍵問題，確保合同的可執行性。雇傭合適的法律專家，以確保合同和法律文件的準確性和合法性[3]。進行風險評估和管理，識別數字化建造項目中的法律和合規風險，建立風險管理流程和機制，包括風險識別、評估、控制和監測，以降低潛在的法律風險。在合同中明確風險分擔機制，確保各方在BIM實施中承擔適當的法律和合規風險，確保數字化建造項目中的個人隱私和敏感數據的保護。制定隱私政策和數據安全措施，確保個人數據的合法收集、使用和保護。采用加密、訪問控制和身份驗證等安全措施，保護數字化建造項目中的數據免受未授權訪問和泄露。

5 結束語

綜上所述，BIM技術在數字化建造項目的設計階段、施工階段、運維階段具有良好的應用效果，也存在不足之處。實施過程中需重點掌握BIM技術的關鍵應用步驟和要素，有效集成BIM技術與數字化建造項目，才能確保實施效果。BIM技術在數字化建造項目中應用面臨的挑戰，應從技術、組織、法律與合規性方面采取有效的解決方案予以應對。總之，通過合理實施BIM技術，有利于數字化建造項目實現更高效、更精確的成本控制，這將為建筑行業帶來巨大的變革和發展機遇，提高項目的質量、效率和可持續性。